Урок в 11 классе по теме: "Вид, его структура, критерии".

1 слайд

Вид, его структура, критерии
Цель: закрепить представления о виде как основной структурной единице в системе живых организмов;
обобщить основные характеристики структуры популяции, факторах, влияющих на численность популяций

2 слайд

Что такое вид?

Структура вида

3 слайд

Популяция
- единица эволюции

4 слайд

Структуры популяций

5 слайд

Популяционные волны

6 слайд

Регуляция численности популяций

7 слайд

Гомеостаз популяций

8 слайд

Что такое микроэволюция?

9 слайд

Критерии вида

1 слайд

Интегрированный урок биологии - информатики
«Динамика биологических популяций»
«Математическое моделирование.
Биологические модели развития популяций»

Учитель биологии Кузнецов Владимир Аркадьевич
Учитель информатики Волкова Елена Ивановна
МОУ СОШ №2
Новоалександровского района Ставропольского края,
2008 год

2 слайд

Повторим некоторые биологические термины:
Вид -
формы живой материи, представленные совокупностью особей, сходных между собой по морфологическим и физиологическим особенностям, имеющим общее происхождение, свободно скрещивающихся между собой, дающих плодовитое потомство и занимающих определенную область распространения (ареал).
Популяция -
совокупность особей определенного вида, в течение достаточно длительного времени населяющих определенное пространство. Популяция – элементарная эволюционная единица, она обладает собственной эволюционной судьбой.
Динамика
популяций -
колебания или изменения численности популяций во времени.
Условия, влияющие на численность популяции -
пищевые ресурсы, ограниченность ареала обитания, эпидемии, болезни, природные катастрофы и т.д.
Движущие силы эволюции -
наследственность, изменчивость, естественный отбор
Ёмкость среды -
способность территории вмещать определённое количество особей.


3 слайд


Рост численности популяций любого вида в природе никогда не бывает бесконечным. Рано или поздно популяция сталкивается с ограничениями, не позволяющими ей наращивать далее своё обилие. Ресурсы, за счёт которых существуют виды – пища, убежища, подходящие места для размножения и т.п., на любой территории имеют пределы. В природных условиях численность популяций обычно колеблется вокруг определённого уровня, соответствующего ёмкости среды.

4 слайд

Графики на рисунке слева (рис.1) отображают теоретический и практический рост популяции
Пунктирной линией изображён теоретический рост популяции. По графику видно, что численность популяции растёт безгранично.
Сплошная кривая отображает рост популяции в природе (практический). Точка A на графике соответствует начальному числу особей, точка D - тому, которое устанавливается в соответствии с ёмкостью среды и соответствует стабилизации. Точки B , C и D отображают критические численности популяции, изменяющие темп её роста. Из всего сказанного следует, что в популяции с определённого момента рождаемость и смертность, приток и отток особей начинают уравновешивать друг друга.
Характер данной кривой отображает основные законы роста всех видов популяций.

Рис.1
Рис. 2
В биологии при исследовании развития биосистем строятся информационные модели изменения численности различных живых существ (бактерий, рыб, животных и пр.) с учётом различных факторов. Взаимовлияние популяций друг на друга рассматривается в моделях типа «хищник – жертва».

Безграничный рост численности популяции губителен для любого вида, так как приводит к подрыву его жизнеобеспечения.

5 слайд

модель неограниченного роста (теоретическая);
модель ограниченного роста (практическая);
модель ограниченного роста с отловом;
модель «хищник – жертва» (взаимодействия с другими популяциями).
Саранча
Сибирский шелкопряд
Антилопы
Волки загоняют лося

Виды моделей развития популяций:
Корюшка

6 слайд

Повторим некоторые термины темы «Моделирование»:
Модель -
Виды моделей -
Способы построения компьютерных моделей -
Моделирование -
метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей.
это некий новый объект, который отражает существенные особенности изучаемого объекта, процесса или явления.
Модели предметные (материальные) и информационные. Предметные воспроизводят геометрические, физические и др. свойства объектов в материальной форме, информационные – в знаковой или образной.
Система объектов -
совокупность взаимосвязанных объектов, которые называются элементами системы.
Виды информационных моделей -
статистические (описывают состояние системы в определённый момент времени) и динамические (описывают процессы изменения и развития систем) модели.
1) Построение алгоритма и его кодирование на одном из языков программирования;
2) Построение модели с помощью одного из приложений (MS Excel, MS Access и др.)


7 слайд

построение описательной модели ( выделяет существенные параметры объекта, а несущественными пренебрегает);
формализация модели (модель записывается с помощью формального языка с помощью формул, неравенств, уравнений, фиксируются соотношения между начальными и конечными значениями свойств объектов, накладываются ограничения на допустимые значения этих свойств);
построение компьютерной модели (на языке программирования или с помощью приложений, например, MS Excel);
компьютерный эксперимент (в MS Excel – построение диаграммы или графика, сортировка данных и т.д.);
анализ полученных результатов и корректировка модели.

Основные этапы разработки модели:

8 слайд

Многие явления и закономерности живой природы можно описать на языке математики и физики. При этом создаётся формализованная модель, в которой с помощью формул, уравнений, неравенств фиксируются формальные соотношения между начальными и конечными значениями свойств объектов, а также накладываются ограничения на допустимые значения этих свойств. Чаще всего при этом используются приближённые математические методы, позволяющие находить значения этих свойств.

Из дома реальности легко забрести в лес математики, но лишь немногие способны вернуться обратно.
Х. Штейхауз

Уточним описательные биологические модели развития популяций и проведём их формализацию, построим компьютерную модель, реализующую все 4 вышеприведённые биологические модели. Произведём визуализацию модели путём построения графиков и исследуем полученную модель.

9 слайд

где x n – численность популяции текущего года,
x n+1 – численность популяции следующего года
а – коэффициент роста (если рост 5%, то а = 1,05)

Модель неограниченного роста
В этой модели численность популяции ежегодно увеличивается на определённый процент. Никакие абиотические (внешние) и биотические (внутренние) факторы влиять на численность популяции в этой модели не будут. Модель теоретическая.
x n+1 = a*x n ,

10 слайд

В этой модели учитывается, что на численность популяции оказывает влияние состояние окружающей среды, наличие корма, перенаселённость и другие факторы

x n+1 = a * x n - b*x n2 = (a – b*x n )*x n ,

где b – коэффициент перенаселённости
а – коэффициент роста,
x n – численность популяции текущего года
x n+1 – численность популяции следующего года


Модель ограниченного роста

11 слайд

В этой модели учитывается, что на численность популяций промысловых животных и рыб также оказывает влияние величина ежегодного отлова.
x n+1 = (a - b*x n )* x n - c ,
где с – величина ежегодного отлова,
а – коэффициент роста,
b – коэффициент перенаселённости,
где x n – численность популяции текущего года,
x n+1 – численность популяции следующего года


Модель ограниченного роста с отловом

12 слайд

Популяции обычно существуют не изолированно, а во взаимодействии с другими популяциями. Наиболее важным типом такого взаимодействия является взаимодействие между жертвами и хищниками (караси-щуки, зайцы-волки и т.д.). В этой модели количество жертв и хищников связано между собой.
x n+1 = (a - b*x n )* x n - с – f * x n*yn,

Количество встреч жертв и хищников прямо пропорционально произведению количеств жертв и хищников, а коэффициент f характеризует возможность гибели жертвы при встрече с хищником, x n – количество жертв, yn – количество хищников.


Модель «хищник – жертва»

13 слайд

Типы данных в MS Excel и их основные особенности -
текст, число, формула
Относительная адресация ячеек –
(А1, D23, A1 : F5, ...)
адресация, допускающая автоматическую корректировку формулы при её перемещении и копировании. При этом относительные адреса ячеек, входящие в формулу, изменяются в соответствии с её перемещением относительно исходной ячейки.
Абсолютная адресация
ячеек -
($A$1, $A$! : $F$5,...)
адресация, запрещающая автоматическую корректировку ячеек с абсолютной адресацией при перемещении и копировании формулы. При этом абсолютные адреса ячеек, входящие в формулу, не изменяются при её перемещении относительно исходной ячейки.
Как сменить способ адресации ячеек?
нажать клавишу F4, установив курсор в формуле после адреса нужной ячейки.

Что происходит при изменении данных в ячейке, на которую ссылается формула?
автоматический перерасчёт всей таблицы, изменение данных в тех ячейках, которые связаны с данной ячейкой.
Повторим ранее изученный материал, который необходим при построении модели


14 слайд


Разработка модели в MS Excel
Сегодня на уроке мы с Вами будем доступными нам способами создать биологические модели развития популяций. Для этого воспользуемся табличным процессором MS Excel.
(перейти в электронную книгу, выполнить задание в соответствии с инструкцией)

15 слайд

Ряд 1 – модель неограниченного роста (теоретическая)
Ряд 2 – модель ограниченного роста (практическая)
Ряд 3 - модель ограниченного роста с отловом
Ряд 4 – модель «хищник – жертва»
Рост численности одного из видов амбарного жука в пшенице при освоении новых территорий

Графики изменения численности популяций

16 слайд

Современные представления о динамике популяций, построение и работа с моделями развития популяций дают возможность предсказывать изменение численности отдельных видов, а также усиливать или ослаблять регуляторные связи в управлении их численностью. Обязательным условием для этого является глубокая изученность экологических связей конкретных популяций.
Как Вы думаете, люди каких профессий могут использовать подобные модели в своей профессиональной деятельности? Возможно ли применение биологических моделей развития популяций в повседневной жизни и народном хозяйстве?
егерь;
эколог;
лесник;
работники сельского
хозяйства (животноводство, растениеводство);
работники рыбодобывающей
отрасли;
экологи и др.
Модель «Кролики – волки»

Для описания одного и того же объекта могут применяться разными моделями, а одна и та же модель может описывать разные объекты или свойства объектов. В электронном учебнике «Открытая биология, 7-11 класс» в главе 12 (раздел 12.2) найдите интерактивную динамическую модель «Кролики и волки». Поработайте с моделью, руководствуясь дополнительной инструкцией.
Для перехода к учебнику вопрользуйтесь комбинацией клавиш Alt – Tab.
Какую особенность динамики популяций описывает данная модель?
Какую биологическую модель она реализует?

17 слайд

Рыбе – вода, птице – воздух, зверю – лес, степь, горы, а человеку нужна Родина, и охранять природу – значит охранять Родину.
М.М. Пришвин
КРАСНАЯ КНИГА
РОССИИ

В последнее время человек всё больше и больше вмешивается в природные процессы. Исследуя модели развития популяций, можно сохранить видовое разнообразие растений и животных, чтобы не пришлось заносить их в Красную книгу.

18 слайд

Будущее человечества, жизнь наших детей, внуков и более отдалённых потомков целиком зависят от совместных усилий людей, населяющих Землю сегодня.
Академик А. Виноградов, геофизик
«Люди начинают чувствовать, что Земля – их общий дом, и что у человечества есть общая забота – избежать экологического кризиса» Академик П. Капица, физик
«Нельзя допустить, чтобы люди направляли на своё собственное уничтожение те силы природы, которые они сумели открыть и покорить».
Фредерик Жолио-Кюри, физик


19 слайд

Люди, помните!
Вы в ответе за тех, кого приручили!
Берегите нас! Мы имеем право жить на Земле!



1 слайд

Структура популяций

2 слайд

Подразделяется на:
Половую
Пространственную
Этологическую

3 слайд

Значение
Половая структура популяции – соотношение особей мужского и женского пола.

Этологическая структура популяции - это система отношений между членами одной популяции. Формы совместного существования особей в популяциях разнообразны.

4 слайд

Пространственная структура популяции - выражается в закономерном размещении особей и их группировок по отношению к определенным элементам ландшафта и друг к другу и отражает свойственный виду тип использования территории.

По характеру использования территории популяции животных подразделяться



Популяции Популяции Популяции
Оседлых видов Кочевых видов Мигрирующих видов

1 слайд

Микроэволюция

2 слайд

Микроэволюция – это совокупность эволюционных процессов ,происходящих в популяциях одного вида.
В процессе микро эволюции важную роль играет естественный отбор

3 слайд

Формы естественного отбора

4 слайд

Современные представления о естественном отборе
Естественный отбор - это процесс, в результате которого выживают и оставляют потомство особи с полезными в данных условиях наследственными признаками.
Под действие отбора могут попасть как отдельные особи, так и целые популяции. В любом случае отбор сохраняет наиболее приспособленные к данным условиям существования организмы. Факторами естественного отбора служат условия внешней среды; в зависимости от этих условий отбор действует в разных направлениях и приводит к неодинаковым эволюционным результатам.

5 слайд

Формы естественного отбора
Стабилизирующий (стабильные условия среды)
Выживают и размножаются особи со средним проявлением признака
Примеры: соответствие строения цветка и насекомого-опылителя, «живые ископаемые».
Движущий (изменяющиеся условия среды)
Выживают и размножаются особи с одним из крайних отклонений признака
Примеры: индустриальный меланизм берёзовой пяденицы, устойчивость вредителей к ядохимикатам
Дизруптивный (изменяющиеся условия среды)
Выживают и размножаются особи со всеми крайними отклонениями признака
Примеры: полиморфизм, бескрылые и длиннокрылые птицы океанических островов

6 слайд

Стабилизирующий отбор
Направлена на сохранение установившегося в популяции при неизменных условиях среды среднего значения признаков результатом действий стабилизирующего отбора является большое сходство всех особей растений или животных, наблюдаемое в любой популяции. Эта форма естественного отбора предохраняет сложившийся генотип от разрушающего действия мутационного процесса.

7 слайд

Движущий отбор
Движущая форма естественного отбора способствует сдвигу среднего значения признака или свойства и приводит к появлению новой средней нормы вместо старой.
Например, в природных экосистемах преимущественно выживает светлая форма березовой пяденицы, незаметная на стволах деревьев. Однако, в районах с интенсивным промышленным загрязнением преимущество получает темноокрашенная форма, хорошо маскирующаяся на загрязненных копотью стволах берез.

8 слайд

Дизруптивный (разрывающий) отбор — форма естественного отбора, при котором условия благоприятствуют двум или нескольким крайним вариантам (направлениям) изменчивости, но не благоприятствуют промежуточному, среднему состоянию признака.

9 слайд

Дизруптивный отбор
Птица киви.
Буревесник
Бескрылая гагарка была истреблена в середине 19 века.

10 слайд

1 слайд

Работу выполнила
Учащаяся 11-В класса
Калугина Кристина
КРИТЕРИИ ВИДА

2 слайд

КРИТЕРИИ ВИДА
– это разнообразные таксономические (диагностические) признаки, которые характерны для одного вида, но отсутствуют у других видов. Комплекс признаков, по которому можно надежно отличить один вид от других видов, называется видовым радикалом (Н. И. Вавилов).

3 слайд

Основные критерии вида
Морфологический критерий вида. Основан на существовании морфологических признаков, характерных для одного вида, но отсутствующих у других видов.
Географический критерий. Основан на том, что каждый вид занимает определенную территорию (или акваторию) – географический ареал.
Экологический критерий. Основан на том, что два вида не могут занимать одну экологическую нишу. Следовательно, каждый вид характеризуется своими собственными отношениями со средой обитания.

4 слайд

Дополнительные Критерии Вида
Физиолого-биохимический критерий. Основан на том, что разные виды могут различаться по аминокислотному составу белков.
Цитогенетический критерий. Основан на том, что каждый вид характеризуется определенным кариотипом – числом и формой метафазных хромосом.
Физиолого-репродуктивный критерий. Основан на том, что особи одного вида могут скрещиваться между собой с образованием плодовитого потомства, похожего на родителей, а особи разных видов, обитающих совместно, не скрещиваются между собой, или их потомство бесплодно.

5 слайд

Дополнительные Критерии Вида
Этологический критерий. Связан с межвидовыми различиями в поведении у животных.

Исторический критерий. Основан на изучении истории вида или группы видов.

6 слайд

ВЫВОД
Ни один из рассмотренных критериев вида не является главным или наиболее важным. Для четкого разделения видов необходимо их тщательное изучение по всем критериям.

1 слайд

Популяция
Единица эволюции
Элементарная структура вида
Совокупность особей одного вида, длительно занимающая определенное пространство и воспроизводящая себя в течении большого числа поколений

2 слайд

Характеристика популяций
Численностью
Плотностью
Биомассой
Рождаемостью
Смертностью
Приростом
Популяционным ареалом

3 слайд

Численность
Количество особей в составе популяции

4 слайд

Плотность
Среднее число особей на 1 единицу площади

5 слайд

Биомасса
Масса особей на 1 единицу площади

6 слайд

Рождаемость и Смертность
Число особей рождающихся и погибающих за 1 единицу времени

7 слайд

Прирост
Разница между рождаемостью и смертностью

8 слайд

Популяционный ареал
Территория, которую занимает популяция

1 слайд

Понятие о гомеостазе популяции
Выполнила Сукманова Ольга
11-В класс

2 слайд

Популяциям присущи разнообразные механизмы, помогающие избежать неограниченного роста численности и, следовательно, перенасыщения и истощения ресурсов.

3 слайд

Почему рост численности популяций никогда не бывает бесконечным?
Безграничный рост губителен для любого вида, так как приводит к подрыву его жизнеобеспечения→
При увеличении численности популяции включаются регуляторные системы природного сообщества – хищники, паразиты, возбудители инфекционных заболеваний→
При еще более высокой плотности вступает в силу внутривидовая конкуренция →
Вся эволюция видов шла в таком направлении, что выработались механизмы реакции на собственную плотность. Таким образом, на пути увеличения численности вида возникает множество последовательных преград, образующих надежную систему регуляции →
Поэтому, хотя в природе миллионы видов, большинство из них не дает вспышек массового размножения.

4 слайд

модель неограниченного роста (теоретическая);
модель ограниченного роста (практическая);
модель «хищник – жертва»
Саранча
Сибирский шелкопряд
Антилопы
Волки и лоси
Модели развития популяций
Корюшка
Самоизреживание
Вредители сельскохозяйственные

5 слайд

Динамика роста популяции
N t = N t-1 + B – D + C – E
N t – число особей в момент t,
N t-1- число особей в предыдущий момент,
B- число родившихся,
D- число погибших,
C- число иммигрантов,
E- число эмигрантов

6 слайд

Закон Мальтуса (А)
Модель неограниченного роста


N0 – исходная численность
N t – численность во время t
е - основание натуральных логарифмов
r – врожденная скорость роста
(если рост 5%, то r = 1,05)




N t = N0 e r t

7 слайд

Модель Ферхюльста.
Модель ограниченного роста.


N t =
N0 K

N0+ (K - N0) e - (r t)
K- поддерживающая емкость среды,
N0 – исходная численность,
N t – численность во время t,
е - основание натуральных логарифмов,
r – врожденная скорость роста
(если рост 5%, то r = 1,05).

8 слайд

N t = (r - b x n ) x n - с – f x n yn,

f - возможность гибели жертвы при встрече с хищником,
x n – количество жертв,
yn – количество хищников.

Модель «хищник – жертва»

9 слайд

Графики изменения численности популяций

10 слайд

Поддержание численности популяции на определенном, оптимальном для данной среды обитания, уровне, называют гомеостазом популяции.
На него влияют абиотические факторы, межвидовые и внутри видовые взаимодействия.

1 слайд

-это совокупность особей сходным по целому ряду признаков, свободно скрещивающиеся между собой, дающие плодовитое потомство и обитающие на определённом ареале.
ВИД

2 слайд

СТРУКТУРА ВИДА


ПОПУЛЯЦИЯ
- ЭТО СОВОКУПНОСТЬ ОСОБЕЙ ОДНОГО ВИДА, ДЛИТЕЛЬНО ЗАНИМАЮЩАЯ ОПРЕДЕЛЕННОЕ ПРОСТРАНСТВО АРЕАЛА И ВОСПРОИЗВОДЯЩАЯ СЕБЯ В ТЕЧЕНИИ БОЛЬШОГО ЧИСЛА ПОКОЛЕНИЙ .


ПОДВИД
-ЭТО ТАКСОНОМИЧЕСКАЯ КАТЕГОРИЯ В СИСТЕНМАТИКЕ ЖИВОТНЫХ И РАСТЕНИЙ, СОВОКУПНОСТЬ ГЕОГРАФИЧЕСКИ (РЕЖЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИ) ОБОСОБЛЕННЫХ ПОПУЛЯЦИЙ ОДНОГО ВИДА, ОСОБИ КОТОРЫХ ОТЛИЧАЮТСЯ УСТОЙЧИВЫМИ ПРИЗНАКАМИ ОТ ОСОБЕЙ ДРУГИХ ПОПУЛЯЦИЙ ТОГО ЖЕ ВИДА.